MIT 연구팀, 인공장기 시대 앞당길 모세혈관망 실마리 풀어 작성일 08-03 44 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">[이종림의 사이언스 랩] 자석으로 조직에 반복적인 힘 가해 모세혈관의 성장과 방향 제어</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="WkVZIaNdlB"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="11362480954472bd5f1e3aa6bea55e49a6e5b844b545905d6a28deb47cdf8474" dmcf-pid="YSJqXOIkWq" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="인공장기 기술은 망가진 인체 조직을 대체해 생명을 연장하는 꿈의 기술이다. GETTYIMAGES" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070246412ovpk.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="QXaV3vTsy9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070246412ovpk.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 인공장기 기술은 망가진 인체 조직을 대체해 생명을 연장하는 꿈의 기술이다. GETTYIMAGES </figcaption> </figure> <div contents-hash="bddcebb05e8820572a7daee0951098c77fff8b2c40acc2b7e96d6ebd6368e3aa" dmcf-pid="GviBZICETz" dmcf-ptype="general"> 실제 장기와 닮은 인공조직은 신약 개발과 질병 연구는 물론, 손상된 조직을 대체하는 재생 치료에도 활용될 수 있어 주목받고 있다. 하지만 조직 내부 깊숙한 곳까지 산소와 영양분을 공급할 촘촘한 모세혈관망을 인공적으로 만들어내는 일은 오랫동안 풀리지 않는 난제였다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 연구팀이 이 문제를 해결할 실마리를 찾았다. 자석으로 조직에 반복적인 힘을 가해 모세혈관의 성장과 방향을 제어하는 기술을 개발한 것이다. 연구 결과는 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 실렸다. </div> <p contents-hash="5cb1b95ea1c8742fab5b9d45c1d3bb25d97576f7882e7db340b8f98e034859d1" dmcf-pid="HTnb5ChDS7" dmcf-ptype="general"> 인공조직을 만드는 대표적인 방법은 2가지다. 줄기세포를 원하는 장기의 세포로 분화시켜 배양하거나, 세포와 생체재료를 섞은 '바이오잉크'를 3D(3차원) 프린터로 층층이 쌓는 방식이다(3D 바이오프린팅). 줄기세포를 분화·배양하면 세포들이 스스로 모여 장기의 구조와 기능을 일부 재현한 조직을 이루고, 3D 바이오프린팅을 이용하면 세포의 위치와 조직의 형태를 설계할 수 있다.</p> <div contents-hash="a7b6bd6ea74474eca6270497d2a692f8512d11f0f46d1875c145cc3141e9a8e5" dmcf-pid="XyLK1hlwTu" dmcf-ptype="general"> <h4>혈관 주변 조직 잡아당겨 성장 조절</h4>이때 인공조직의 크기를 키우고 기능을 오래 유지하려면 산소와 영양분을 공급할 촘촘한 혈관망이 필요하다. 문제는 일반적인 3D 바이오프린팅으로는 동맥이나 정맥 굵기의 혈관을 만들 수 있어도 모세혈관망까지 정밀하게 구현하기는 어렵다는 점이다. 성장인자 같은 화학 신호로 새 혈관이 돋아나게 할 수는 있지만, 혈관을 어느 방향으로 어떻게 뻗어나가게 할지 세밀하게 조절하기는 어렵다. </div> <p contents-hash="9632beca7a0b0607b59a1151f9dfcabe75e96c3c6521e8857502ea2bdfad6b94" dmcf-pid="ZWo9tlSrSU" dmcf-ptype="general">이 문제를 풀고자 리투 라만 MIT 기계공학과 교수 연구팀은 혈관 주변 조직을 반복해서 잡아당겨 기계적 자극을 가하는 방법을 택했다. 성장인자로 새 혈관이 돋아나도록 하면서 주변 조직을 당기는 정도와 방향에 따라 혈관 가지의 수와 길이, 자라는 방향이 달라지는지 살핀 것이다. 이를 위해 우표보다 작은 혈관 모사 칩(blood-vessel-on-a-chip)을 만들었다.</p> <p contents-hash="bdc34c7f887f6046ef4a3588bdd40bbf9ef84998049821066b9cdfb9daeba75b" dmcf-pid="5Yg2FSvmlp" dmcf-ptype="general">연구팀은 칩 안을 콜라겐 젤로 채우고, 젤 속에 사람의 탯줄 정맥에서 얻은 혈관내피세포로 인공혈관을 만들었다. 그 옆 젤 속에는 작은 자성 구동기를 넣었다. 칩 바깥에서 자석을 움직이자 구동기가 주변 젤을 반복해서 잡아당겼다가 놓았고, 젤과 그 안의 인공혈관은 잡아당기는 방향으로 늘어났다가 원래 상태로 돌아왔다. 자성을 이용해 몸속 조직이 움직일 때 혈관도 함께 늘어나는 상황을 흉내 낸 셈이다.</p> <p contents-hash="abfe84eaa048ec8d41fd8f7f5bfcf3f1afc0ab3d7ff0ab856519c906b2a73d6d" dmcf-pid="1GaV3vTsT0" dmcf-ptype="general">실험 결과 젤을 잡아당기는 방향으로 5% 늘렸다가 놓는 자극을 반복했을 때 새 혈관 가지가 가장 많이 생겼다. 15%까지 늘렸다가 놓았을 때는 가지 수가 줄었지만, 가장 긴 가지는 더 멀리 뻗었다. 혈관이 자라는 도중 자석을 움직이는 방향을 바꾸자 가지도 그쪽으로 방향을 틀었다. 연구팀은 이런 방식에 '4D 힘 패터닝(4D force patterning)'이라고 이름 붙였다. 혈관이 자라는 동안 기계적 자극의 크기와 방향을 바꿔 혈관내피세포가 가지를 뻗는 양상과 경로를 조절한다는 의미에서다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="335239bab7e7cabbb2a952ca965b984ae93a06a75257237fc8e062e07c1eb935" dmcf-pid="tHNf0TyOl3" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="미국 매사추세츠공과대(MIT) 연구팀이 만든 혈관 모사 칩의 현미경 이미지. 굵은 인공혈관에서 새 혈관들이 돋아나고 있다. MIT 제공 " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070248133qyym.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="xEKGmLoMSK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070248133qyym.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 미국 매사추세츠공과대(MIT) 연구팀이 만든 혈관 모사 칩의 현미경 이미지. 굵은 인공혈관에서 새 혈관들이 돋아나고 있다. MIT 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="df8fd5f09d19bea807ecd57964307a0206b09be039239fa1c6aeaf75c8fbd0d4" dmcf-pid="FXj4pyWISF" dmcf-ptype="general"> <h4>세포막 단백질 통로에 주목</h4>그렇다면 혈관내피세포는 젤을 통해 전달된 기계적 자극을 어떻게 감지했을까. 연구팀은 세포막에 있는 단백질 통로 'PIEZO1'에 주목했다. 세포막이 늘어나면 PIEZO1 통로가 열려 칼슘 같은 이온이 세포 안으로 들어오고 세포는 이를 기계적 자극의 신호로 받아들인다. 연구팀이 PIEZO1의 생성을 줄이자, 같은 자극에도 새 혈관 가지가 훨씬 적게 생겼다. 이 결과는 PIEZO1이 조직을 늘리는 자극을 새 혈관 생성 반응으로 연결하는 데 관여한다는 사실을 보여준다. </div> <p contents-hash="078216de636fbec93c3c2f0de0019dba487f6f0b84219ef451618d256b59fa27" dmcf-pid="3ZA8UWYCSt" dmcf-ptype="general">혈관 주변 조직을 잡아당겨 성장을 바꾸려는 시도가 이번이 처음은 아니다. 2025년 이스라엘 테크니온공과대 연구팀은 인공혈관이 들어 있는 콜라겐 조직을 10% 늘릴 때 당기는 방향이 혈관과 수직이면 새 혈관의 성장이 촉진되고, 혈관과 나란하면 억제된다는 사실을 확인했다. 이것이 당김의 정도와 방향을 고정한 채 혈관의 반응을 비교했다면, 이번 연구는 당김의 세기와 방향을 바꿔 새 혈관의 수와 길이, 성장 경로까지 조절했다는 점에서 한 단계 더 나아간 것이다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="32e6df7a3a2ac8e9424a82ed1b04175fe569267cafe347ca58aaf0383e5e0584" dmcf-pid="0Yg2FSvmW1" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="기계적 자극에 반응해 동맥에서 새롭게 돋아나는 모세혈관 이미지. MIT 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070249425sics.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="yHf5CNjJvb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/weeklydonga/20260803070249425sics.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 기계적 자극에 반응해 동맥에서 새롭게 돋아나는 모세혈관 이미지. MIT 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="2188c5042386af1fa7e3cc0c0736b902cbf6f9e79aef6357bc19e9528a60be36" dmcf-pid="pGaV3vTsC5" dmcf-ptype="general"> <h4>이식용 조직 기능 향상하는 단계</h4>이처럼 새 혈관이 얼마나 많이, 얼마나 길게, 어느 방향으로 자랄지를 조절하는 기술은 기존 혈관 제작법과 결합해 활용할 수 있다. 예를 들어 미리 만든 굵은 혈관과 세포가 스스로 만든 모세혈관을 한 조직 안에서 연결하는 방법이다. 한 연구에서는 이렇게 만든 조직을 쥐에 이식하자 몸속 혈관이 조직 안으로 자라 들어오면서 혈류도 증가한 것으로 나타났다. 올해 국제학술지 '네이처 케미컬 엔지니어링(Nature Chemical Engineering)'에는 두 종류의 프린팅 기술을 결합해 10㎛(마이크로미터: 1㎛=100만 분의 1m) 미만 해상도로 모세혈관 크기의 통로를 만든 뒤, 안쪽 벽을 혈관내피세포로 덮어 모세혈관과 비슷한 구조를 구현한 연구가 발표됐다. 이러한 기술에 '4D 힘 패터닝'을 접목한다면 프린팅으로 만든 굵은 혈관 주변에 가는 혈관이 자라는 양과 방향을 조절해 서로 다른 크기의 혈관을 연결하는 방식을 구상할 수 있다. </div> <p contents-hash="9c97fd007c81e66bee31c9cc2b899b87c36d4c84f1eeb4980271fc41ae0c386c" dmcf-pid="UHNf0TyOhZ" dmcf-ptype="general">현재 인공장기 기술은 장기를 통째로 대체하기보다 손상된 조직의 기능을 보완하는 단계에 가깝다. 2025년 '네이처'에는 줄기세포로 만든 심근 패치를 심부전 환자에게 이식해 조직이 살아남고 혈관이 형성된 사례가 보고됐지만, 이 역시 기존 심장을 대체한 것이 아니라 약해진 심근을 보강하는 치료였다. 이번 기술도 당장은 완전한 인공장기를 만들기보다 세포로 만든 이식용 조직의 성장과 기능 향상에 먼저 활용될 전망이다. 앞으로는 굵은 혈관과 스스로 자란 모세혈관을 하나의 망으로 연결해 혈액이 원활히 흐르는지 확인하고, 새 혈관 가지들이 서로 연결돼 지속적으로 순환하는 망을 이루는지 검증하는 연구가 필요하다. </p> <p contents-hash="fb00bbd027083e63e2b50b7f5945848fc2d254e57df62d957aae76c6b6c90ae6" dmcf-pid="uXj4pyWITX" dmcf-ptype="general">연구팀은 MIT 뉴스를 통해 "기계적 자극으로 혈관이 자라는 위치와 형태를 조절하면 이식용 인공조직을 일정한 품질로 대량 제작하는 데 도움이 될 수 있다"며 "현재는 혈관 성장을 정밀하게 조절하는 것이 인공근육의 기능 향상에 어떻게 도움이 되는지 연구하고 있다"고 밝혔다. </p> <p contents-hash="0000282c09971e6d0fefd7f3bc230a4c8c8d8d55b2dd98c1b679727e835628d3" dmcf-pid="7ZA8UWYCSH" dmcf-ptype="general">이종림 과학전문기자</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 주간동아. 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